Improving the accuracy of Numerical Simulation of the Working Process of DieselEngine

Аннотация – Методика численного моделирования предусматривает модульный принцип описания рабочих процессов, который позволяет использовать альтернативные модели отдельных процессов. При выборе моделей преобладает интуитивный подход в выборе расчётных выражений для отдельных процессов. Это неизбежно сказывается на точности решения практических задач. В связи с изложенным поставлена задача проанализировать эффективность альтернативных моделей, которые могут использоваться в методике численного моделирования рабочих процессов дизелей.

В результате исследования установлено следующее.

1. Приближённая зависимость для расчёта безразмерной величины, определяющей скорость поршня, незначительно ухудшает точность расчёта рабочих процессов. Однако, если учесть, что она программируется ненамного проще, чем точная, её использование представляется малоубедительным, прежде всего, для длинноходовых дизелей.

2. При использовании аналитических выражений для определения изменения проходных сечений органов газораспределения следует учитывать, что они позволяют достаточно точно воспроизвести изменение сечений у клапанов. У окон прямоугольной формы при использовании аналитического выражения наблюдались отклонения значений аналитической зависимости на участках начала открытия и конца закрытия окон. Однако для большого числа задач численного моделирования применение аналитических зависимостей для окон вполне допустимо.

3. Расчётные выражения для определения коэффициента теплоотдачи от газов к стенкам цилиндра G. Woschni и G. Hohenberg обеспечивают близкий характер изменения количества теплоты, отдаваемой стенкам цилиндра. Однако скачкообразные изменения расчётных значений при использовании выражения G. Woschni не могут быть объяснены физикой процессов в цилиндре дизеля. Это означает, что выражение G. Woschni менее адаптировано к численному моделированию рабочих процессов, если анализируется изменение показателей на протяжении рабочего цикла. В двухтактном малооборотном дизеле и в четырёхтактном среднеоборотном дизеле использование зависимости G. Woschni по сравнению с зависимостью G. Hohenberg сопровождается некоторым увеличением тепловой напряжённости дизелей и небольшим уменьшением индикаторного КПД на рабочих ходах.

Анотація – Методика чисельного моделювання передбачає модульний принцип опису робочих процесів, який дозволяє використовувати альтернативні моделі окремих процесів. При виборі моделей переважає інтуїтивний підхід у виборі розрахункових виражень для окремих процесів. Це неминуче впливає на точність рішення практичних завдань. У зв'язку з викладеним порушено завдання проаналізувати ефективність альтернативних моделей, які можуть використовуватися в методиці чисельного моделювання робочих процесів дизелів.

У результаті дослідження встановлене наступне.

1. Наближена залежність для розрахунків безрозмірної величини, що визначає швидкість поршня, незначно погіршує точність розрахунків робочих процесів. Однак, якщо врахувати, що вона програмується ненабагато простіше, чим точна, її використання представляється малопереконливим, насамперед, для довгоходових дизелів.

2. При використанні аналітичних залежностей для визначення зміни прохідних перетинів органів газорозподілу слід ураховувати, що вони дозволяють досить точно відтворити зміну перетинів у клапанів. У вікон прямокутної форми при використанні аналітичної залежності спостерігалися відхилення значень аналітичної залежності на ділянках початку відкриття та кінця закриття вікон. Однак для великої кількості завдань чисельного моделювання застосування аналітичних залежностей для вікон цілком припустиме.

3. Розрахункові залежності для визначення коефіцієнта тепловіддачі від газів до стінок циліндра G. Woschni і G. Hohenberg забезпечують близький характер зміни кількості теплоти, що віддається стінкам циліндра. Однак стрибкоподібні зміни розрахункових значень при використанні вираження G. Woschni не можуть бути пояснені фізикою процесів у циліндрі дизеля. Це означає, що залежність G. Woschni менше адаптована до чисельного моделювання робочих процесів, якщо аналізується зміна показників протягом робочого циклу. У двотактному малообертовому дизелі і у чотиритактному середньобертовому дизелі використання залежності G. Woschni у порівнянні із залежністю G. Hohenberg супроводжується деяким збільшенням теплової напруженості дизелів і невеликим зменшенням індикаторного ККД на робочих ходах.

Annotation – The method of numerical modeling provides a modular principle for describing work processes, that allows usage of alternative models of individual processes. When choosing models, an intuitive approach prevails in the selection of design expressions for individual processes. This inevitably affects the accuracy of solving practical problems. In connection with the foregoing, the task was assigned to analyze the effectiveness of alternative models that can be used in the method of numerical modeling of diesel work processes.

The research shows the following.

1. The approximate dependence for calculating the dimensionless value that determines the speed of the piston slightly affects the accuracy of the calculation of working processes. However, if it is programmed a little easier than accurate, its usage seems almost useless, especially for long-stroke diesels.

2. When using analytical expressions to determine the change in the flow areas of the gas distribution, it should be considered that they allow to reproduce accurately the change in the cross sections of the valves. For rectangular windows, while using an analytical expression, deviations of the values of the analytical dependence were observed in the areas of the beginning of opening and the end of closing of windows. However, for a large number of problems of numerical modeling, the usage of analytical dependencies for windows is quite acceptable.

3. The calculated expressions for determining the heat transfer coefficient from gases to the cylinder walls G. Woschni and G. Hohenberg provide a close character of the change in the amount of heat given to the cylinder walls. However, abrupt changes in the calculated values using the G. Woschni expression cannot be explained by the physics of the processes in the cylinder. This means that the expression G. Woschni is less adapted to numerical modeling of work processes in case if we analyze the change in indicators during the operational cycle. In a two-stroke low-speed diesel engine and in a four-stroke medium-speed diesel engine, the use of the G. Woschni dependence in comparison with the G. Hohenberg dependence is accompanied by a slight increase in the thermal tension of the diesel engines and a slight decrease in the indicating efficiency degree at working strokes.